Какие силы действуют на автомобиль


Вроде бы зачем усложнять себе жизнь законами физики – сел за руль да поехал. Однако, никому не навязывая своего мнения заметим, что понимание водителем того, какие силы действуют на автомобиль, поможет понять не только новичку то, что может произойти на дороге, но и как это влияет на расход топлива. О многих значимых сил влияния на поведение автомобиля, среднестатистический водитель не знает, или забывает об их существовании в момент опасности. Ниже приведем краткую характеристику наиболее важных физических величин воздействия на автомобиль, которые принимаются во внимание всеми инженерами при начальном проектировании автомобиля.

Какие силы действуют на автомобиль

Не углубляясь далеко в теории физики, затронем основные физические величины которые воздействуют на автомобиль.

  • Сила сопротивления качению.
  • Аэродинамические сопротивление.
  • Сила инерции.
  • Центробежная сила.

Сила сопротивления качению

Многие из автомобилистов слышали о термине сопротивление качению шин (RRC Rolling Resistance Coefficient), но далеко не все понимают его важность. Вспомните, интересовались ли вы при выборе новых покрышек для своего авто этим показателем. Этот показатель всегда указывается, так как, согласно новым европейским правилам маркировки, на шинах обязательно должен быть указан коэффициент сопротивление качению.

RRC возникает в результате трения шин об основу дорожного покрытия, трения в подшипниках колес и т. д. Эта сила возникает в результате трения шин об основу дорожного покрытия и определяет потерю энергии во время движения исходя из конструкции шины автомобиля, которая в процессе контактного движения с дорогой деформируется.

Сила зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Определяется по формуле Pf = Q·f, где (f) – коэффициент трения качения, а (Q) – нормальная нагрузка автомобиля. Чем больше коэффициент, тем тяжелее вращаются шины.

Масса в виде прижимной силы играет большое влияние на величину сопротивления качению, если мы стремимся сэкономить энергию и соответственно расход топлива, то уменьшение массы автомобиля становится приоритетом.

RRC

Только 20 процентов энергии, содержащиеся в топливе, используется для передвижения автомобиля, остальная энергия идет на разгон, торможение, преодоление сопротивления воздуха и сопротивления качению.

Что влияет на эту силу

Сопротивление качению зависит от многих факторов:

1) Конструкция шины.
2) Давление воздуха в шине.

Влияют три фактора: сдвиг, сжатие и изгиб шины. Чем меньше деформация поверхности, тем меньше сопротивление качению.  Водители должны помнить, чтобы хотя бы раз в месяц проверить давление в шинах. При низком давлении это приводит к увеличению сопротивления качению и, как следствие, повышение расхода топлива, а также неравномерный износ протектора.

3) Температура.
4) Нагрузка.
5) Скорости движения автомобиля.
6) Состояния дорожного покрытия сфальтобетон, мелкая брусчатка, щебёночное или грунтовое полотно).

КАК ПРОВЕРИТЬ

Методика оценки сопротивления качению проводится довольно просто.

Какие силы действуют на автомобиль

Методика оценки сопротивления качению на полигоне Nokian

Автомобиль загоняют на эстакаду, закрепляют, после отпускают и смотрят как далеко машина сможет проехать накатом без воздействия на педали сцепления и тормоза. К примеру автомобиль проехал 70 метров, разница в преодоленной дистанции составляет около 28 процентов. По данным Nokian, снижение сопротивления на 5 процентов позволяет снизить расход топлива на 1 процент, то есть на этом примере позволяет сэкономить почти 6 процентов топлива. Вот такая простая арифметика показывающая почему при выборе резины надо смотреть на коэффициент сопротивления качению.

Аэродинамические сопротивление

Возникает в результате движения транспортного средства, который при движении преодолевает сопротивление воздуха. Это сопротивление зависит от плотности воздуха (плотность зависит от температуры и давления), скорости и формы автомобиля. Так при малых скоростях, порядка нескольких км/ч этот показатель не имеет особого значения, при более высоких скоростях, водителю необходимо учитывать, что сопротивление динамически растет с квадратом скорости. Это означает, что двукратный рост скорости приведет к увеличению аэродинамического сопротивления в четыре раза.

Не нужно пренебрегать этой силой, на скоростях движения свыше 80 км/ч эта сила становится самой большой. На ее преодоление тратится больше всего энергии вырабатываемой двигателем, а значит и топлива.

аэродинамика автоСила (F) сопротивления воздуха складывается из трех множителей.

  • Коэффициент обтекаемость кузова (k).
  • Площадь лобового сопротивления (S) высчитывается приблизительно путем умножения ширины автомобиля на его высоту.
  • Скорость (V) в квадрате.

Обратите внимание, если хотим уменьшить эту силу, нужно поддерживать определенный скоростной режим до 80 км ч. Свыше 80 километров в час, ваш расход топлива будет увеличиваться в геометрической прогрессии.

Водители должны помнить, что без должного знания аэродинамики не нарушать заводские аэродинамические линии автомобиля, так как это вызовет дополнительный расход топлива.

Сила инерции

Мы можем наблюдать действие этой силы во время разгона и торможения автомобиля, то есть с изменением скорости автомобиля. Собственно говоря, это всем известный второй закон Ньютона, который многие из вас помнят из школьной программы. В данном случае он равен массе автомобиля помноженную на ускорение.

В тот момент когда машина ускоряется, сила инерции направлена противоположно направлению движения, а когда начинает тормозить, ее направление становиться противоположным.

инерция авто

К примеру, при резком торможении на скорости в 50 км/ч, 1,5-литровая бутылка воды будет весить 60 кг.

Быстрая остановка транспортного средства, приведет к тому, что люди и предметы начинают кратковременно перемещаться в обратном направлении, набирая большую массу. Поэтому водители должны помнить, что пристегивание ремнями безопасности, это не только обязанность, но, и забота о безопасности других участников движения. 

Сила инерции достаточно большая, на нее тратится большое количество топлива. Повлиять на эту силу можно более плавным разгоном и торможением.

Центробежная сила

Одной из главных сил, чье действие мы постоянно ощущаем при движении автомобиля, является центробежная сила. Появляется она во время движения при прохождении поворотов. На ее значение влияет масса автомобиля, скорость и радиус поворота. Если скорость возрастает в 2 раза, то сила увеличивается в четыре раза, то есть в геометрической прогрессии.

Наибольшее влияние на работу центробежной силы влияет скорость. Приближаясь к повороту, обращайте внимание насколько он крутой. Чтобы автомобиль не вылетел из поворота, очень важно снижение скорости перед входом машины в поворот. С опытом, конечно придет понимание того, какая должна быть скорость автомобиля.

Помните старое правило – « Не искусство – въехать в поворот. Искусство – безопасно из него выехать».

Как технически преодолевать повороты?

Водитель преодолевая поворот, может уменьшить действие центробежной силы на автомобиль за счет оптимизации траектории движения. Поворотов не следует бояться, но нельзя их недооценивать. Мы должны к ним относиться с уважением и осторожностью. Имея правильное представление прохождения поворотов, будет немного легче в дальнейшем движении.

Въезжая в поворот, снимаем ногу с педали газа, чтобы повысить давление на переднюю ось. Не допускается переключение передач в повороте, потому что отключение привода, снизит нагрузку на передние колеса, что может привести к потере сцепления с дорогой.

Новичкам, часто не хватает навыков, знаний и техники прохождения поворотов.

Безопасное преодоление зависит от нескольких факторов:

  • Траектория движения – проезжая поворот, мы должны постараться пройти его, как наиболее плавно.
  • Скорость. Регулировка скорости – «ключ» для безопасного преодоления поворота. Лучше въехать в поворот с преувеличенной осторожностью, чем слишком быстро. Педаль акселератора нужно использовать умеренно и плавно.
  • Наблюдение – благодаря ей, мы в состоянии выбрать траекторию движения и раньше заметить опасности, возникающие на дороге. Преодолевая поворот, стоит смотреть на выход из поворота и как можно дальше.
  • Погодные условия – переменные погодные условия будут влиять на снижение тяги. Каждый поворот (даже если нам уже знакомый), проходите с должной осторожностью, делая поправки на состояние дорожного полотна.
  • Cистемы активной безопасности. В современных автомобилях, производители начали устанавливать системы ESP (Electronic Stability Program), которые служат для стабилизации траектории движения. Помните, эта система помогает водителю, но не обеспечивает 100 % защиты. Многое зависит от мастерства водителя.
Как видно, даже базовые знания того, какие силы действуют на автомобиль, помогут не только избежать неприятных сюрпризов на дороге, но и эффективно сократить расходы топлива – то к чему стремятся все водители. С учетом полученных знаний, большинство автолюбителей переносят эти знания на практику – eco driving.